CN112852478B - 一种浆态床和沸腾床耦合的上流式反应器、反应器系统及催化加氢工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油化工技术领域，具体涉及一种浆态床和沸腾床耦合的上流式反应器、反应器系统及催化加氢工艺，所述上流式反应器包括反应器壳体，所述反应器壳体内的下部为浆态床反应区，中部为沸腾床反应区，上部为反应油气分离区，浆态床反应区的底部设置有入口分配器，浆态床反应区的底部侧面设置有反应固渣出口，浆态床反应区的顶部设置有浆态床气相出口，沸腾床反应区的底部设置有沸腾床分配盘，反应油气分离区设置有集液箱，集液箱的顶部设置有格栅，反应器壳体对应集液箱的底部设置有反应液相出口。本发明的通过将浆态床反应区和沸腾床反应区耦合在一个反应器内，大幅降低了装置的复杂性和投资。

Description

一种浆态床和沸腾床耦合的上流式反应器、反应器系统及催 化加氢工艺

技术领域

本发明涉及石油化工技术领域，具体涉及一种浆态床和沸腾床耦合的上流式反应器、反应器系统及催化加氢工艺。

背景技术

浆态床反应所需要的氢油比远大于沸腾床反应过程。一般对于重油的加氢过程，需要先采用浆态床脱除重油中的胶质、沥青质及金属等杂质，再采用沸腾床或固定床对脱杂后的重油进行精致处理。一般需要设置两套或三套独立的加氢装置才能实现该过程，亟需一种简单的上流式反应器来实现该过程。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种浆态床和沸腾床耦合的上流式反应器，通过将浆态床反应器和沸腾床反应器在一个反应器内实现耦合。

本发明的另一目的在于提供一种上流式反应器系统及催化加氢工艺。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种浆态床和沸腾床耦合的上流式反应器，所述上流式反应器包括反应器壳体、设置于反应器壳体底部的反应物料入口以及设置于反应器壳体顶部的反应气相出口，所述反应器壳体内的下部为浆态床反应区，中部为沸腾床反应区，上部为反应油气分离区，浆态床反应区的底部设置有入口分配器，浆态床反应区的底部侧面设置有反应固渣出口，浆态床反应区的顶部设置有浆态床气相出口，沸腾床反应区的底部设置有沸腾床分配盘，反应油气分离区设置有集液箱，集液箱的顶部设置有格栅，反应器壳体对应集液箱的底部设置有反应液相出口。

优选的，所述浆态床反应区设置有回流装置，浆态床反应区采用油溶性液体催化剂。

优选的，所述沸腾床分配盘带有气液分配管和冒罩结构；所述沸腾床反应区设置有在线添加和排出沸腾床催化剂的装置。

优选的，所述反应液相出口连接有液相循环泵，液相循环泵的出口与所述反应物料入口连接。

本发明的另一目的通过下述技术方案实现：一种上流式反应器系统，所述反应器系统包括原料输送单元、产品分离单元以及上述所述的上流式反应器；

原料输送单元包括原料油输送管道和连接于原料油输送管道上的氢气输送管道，原料油输送管道的出口与上流式反应器的反应物料入口连接；

产品分离单元包括重组分分离装置和轻组分分离装置，重组分分离装置的入口分别与上流式反应器的反应液相出口、反应固渣出口连接，轻组分分离装置的入口分别与上流式反应器的反应气相出口、浆态床气相出口连接。

优选的，所述原料油输送管道上依次设置有原料油升压泵、换热器和加热炉，所述氢气输送管道连接于原料油升压泵与换热器之间。

优选的，所述轻组分分离装置包括固定床反应器、轻组分分离器、轻组分分馏塔、回炼油升压泵和循环氢压缩机，固定床反应器的入口与所述上流式反应器的反应气相出口连接，轻组分分离器的入口分别与固定床反应器的出口、所述上流式反应器的浆态床气相出口连接，轻组分分离器的氢气出口与循环氢压缩机的入口连接，循环氢压缩机的出口与所述氢气输送管道的入口连接，轻组分分离器的液相出口与轻组分分馏塔的入口连接，轻组分分馏塔的回炼油出口与回炼油升压泵的入口连接，回炼油升压泵的出口连接于上流式反应器的反应气相出口与固定床反应器的入口之间。

优选的，所述重组分分离装置包括重组分分离器和重组分分馏塔，重组分分离器的入口分别与所述上流式反应器的反应液相出口、反应固渣出口连接，重组分分离器的出口与重组分分馏塔的入口连接，重组分分馏塔的渣油出口与所述原料油输送管道的入口连接，重组分分馏塔的回炼油出口与所述回炼油升压泵的入口连接。

优选的，所述浆态床反应区的操作条件为：温度为160～470℃，压力为3.0～20.0MPa，氢油体积比为500～2000；所述沸腾床反应区的操作条件为：温度为160～450℃，压力为3.0～20.0MPa，氢油体积比为100～1000。

上述所述的一种上流式反应器系统的催化加氢工艺，包括如下步骤：

（1）原料油通过原料升压泵升压后和氢气混合，混合后的物料经过换热器换热和加热炉加热后进入上流式反应器。

（2）上流式反应器的液相和固渣分别与重组分分离器相连，重组分分离器的液相进入重组分分馏塔进行进一步分离；重组分通过重组分分馏塔分馏得到回炼油a和循环渣油，循环渣油输和原料油混合；

（3）上流式反应器的气相进入固定床反应器进行下一步的精制，固定床反应器出口和浆态床气相出口分别与轻组分分离器相连，轻组分分离器将循环氢和轻组分油进行分离；循环氢通过循环氢压缩机升压后和新氢混合，混合后的氢气一部分和原料油进行混合，一部分作为上流式反应器和固定床反应器的冷却介质使用；轻组分油进入轻组分分馏塔进行进一步分离，轻组分油通过轻组分分馏塔分离得到产品气、产品油和回连油b；

（4）回炼油a和回炼油b混合后通过回炼油升压泵升压后送至固定床反应器入口，进行循环回炼。

本发明的有益效果在于：本发明的上流式反应器具有如下优点：

（1）通过将浆态床反应区和沸腾床反应区耦合在一个反应器内，大幅降低了装置的复杂性和投资；

（2）通过从浆态床反应区顶部导出部分反应气相，降低了沸腾床反应区的氢油比，降低了沸腾床催化剂的磨损，提高了沸腾床催化剂的精制效率；

（3）充分利用浆态床反应区的脱胶质、沥青质和脱金属的效果对油品进行初步处理，为沸腾床反应区提供了优质的反应物料；

（4）通过在沸腾床顶部设置带有拦截功能的集液箱，一方面可以拦截沸腾床催化剂被带出反应系统，另一方面，可以将沸腾床反应物料的分离空间和反应空间在一个设备内完成，有效降低了设备投资和复杂性。

本发明的上流式反应器系统具有如下优点：

（1）循环渣油为含有催化剂的循环油，循环渣油和原料油混合被重新回炼，可以间断将其中失活的催化剂分离后外甩；

（2）液相、固渣和气相中分离得到的回炼油与气相进入固定床反应器进行精制，提高产品油的产率；

（3）轻组分分离器将循环氢和轻组分油进行分离，循环氢通过循环氢压缩机升压后和新氢混合，混合后的氢气一部分和原料油进行混合，一部分作为上流式加氢反应器和固定床反应器的冷却介质使用，提高氢气的利用效率。

附图说明

图1是本发明所述上流式反应器的结构示意图。

图2是本发明所述上流式反应器系统的结构示意图。

附图标记为：上流式反应器1、反应器壳体10、反应物料入口11、反应气相出口12、反应固渣出口13、浆态床气相出口14、反应液相出口15；

浆态床反应区21、沸腾床反应区22、反应油气分离区23、入口分配器24、沸腾床分配盘25、集液箱26、格栅27；

原料油输送管道31；氢气输送管道32、原料油升压泵33、换热器34、加热炉35；

固定床反应器41、轻组分分离器42、轻组分分馏塔43、回炼油升压泵44、循环氢压缩机45；

重组分分离器51、重组分分馏塔52。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1-2对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。 实施例一

见图1，一种浆态床和沸腾床耦合的上流式反应器，所述上流式反应器1包括反应器壳体10、设置于反应器壳体10底部的反应物料入口11以及设置于反应器壳体10顶部的反应气相出口12，所述反应器壳体10内的下部为浆态床反应区21，中部为沸腾床反应区22，上部为反应油气分离区23，浆态床反应区21的底部设置有入口分配器24，浆态床反应区21的底部侧面设置有反应固渣出口13，浆态床反应区21的顶部设置有浆态床气相出口14，沸腾床反应区22的底部设置有沸腾床分配盘25，反应油气分离区23设置有集液箱26，集液箱26的顶部设置有格栅27，反应器壳体10对应集液箱26的底部设置有反应液相出口15。入口分配器24用于分配原料油、氢气和催化剂，提高反应器底部的利用空间。反应固渣出口13用于排出反应过程中生成的焦炭、聚合物及失活的催化剂。反应气相出口12用于排出部分反应后的气体，一方面可以降低上部沸腾床反应区22内的氢油比，另一方面可以将浆态床反应过程中生成的惰性气体，比如CO、CO2、CH4等杂质气体及时排出反应系统，提高后续沸腾床和固定床反应区的氢气分压。集液箱26一方面可以起到对沸腾床反应物料的气液分离效果，另一方面通过在顶部设置格栅27，可以有效拦截沸腾床催化剂。

本实施例中，所述浆态床反应区21设置有回流装置，浆态床反应区21采用油溶性液体催化剂。浆态床反应区21内可以是空筒结构，也可以是带有自然内回流和强制内回流的装置。油溶性液体催化剂分解得到的金属硫化物密度大、孔隙率小，可有效分散在浆态床反应区21下部区域。

本实施例中，所述沸腾床分配盘25带有气液分配管和冒罩结构。浆态床反应区21和沸腾床反应区22通过沸腾床分配盘25隔开，沸腾床分配盘25作为沸腾床催化剂的支撑盘，浆态床反应区21的气相和液相通过气液分配管实现气液分配。

本实施例中，所述沸腾床反应区22设置有在线添加和排出沸腾床催化剂的装置。

本实施例中，所述反应液相出口15连接有液相循环泵，液相循环泵的出口与所述反应物料入口11连接。沸腾床反应区22可以设置液相循环泵提高沸腾床反应区22的液相流速，液相循环泵从反应液相出口15抽出部分反应液相，升压后送至浆态床反应区21的顶部或反应物料入口11。

本发明的上流式反应器1进行烃类原料的加氢过程，烃类原料选自下列物料中的一种或多种：①煤焦油（如高温煤焦油、中温煤焦油、低温煤焦油）或其馏分油；②煤或液化过程所得煤液化油或其馏分油；③页岩油或其馏分油；④乙烯裂解焦油；⑤动、植物油脂等生物质液体燃料；⑥废弃塑料等高分子聚合物；⑦阔叶树材干馏得到的木焦油或其馏分油；⑧石油基蜡油热裂化焦油；⑨石油砂基重油或其热加工过程所得油品；⑩石油基重油热加工过程所得油品。

本发明的上流式反应器1还可以包括如下基本部件和辅助部件：

基本部件：

①可能安装的测量仪表：测量反应器内介质温度的测温部件如热电偶，测量反应器内压力的压力表，测量反应器液位的液位仪表比如玻璃板、浮筒、双法兰差压计、导波雷达、射线料位计等；

②出口整流部件：如收集器、防涡流器、除雾器 （破沫器）。

辅助部件：外部保温材料、支撑件（裙座或支耳）、基础、梯子、操作平台及可能存在的消防配件如蒸汽消防环；根据建设地地质、气相等条件，结合设备重量、高度等条件，根据需要其基础之下需要打桩以控制反应器基础的沉降速度。

实施例二

见图2，一种上流式反应器系统，所述反应器系统包括原料输送单元、产品分离单元以及上述所述的上流式反应器1；

原料输送单元包括原料油输送管道31和连接于原料油输送管道31上的氢气输送管道32，原料油输送管道31的出口与上流式反应器1的反应物料入口11连接；

产品分离单元包括重组分分离装置和轻组分分离装置，重组分分离装置的入口分别与上流式反应器1的反应液相出口15、反应固渣出口13连接，轻组分分离装置的入口分别与上流式反应器1的反应气相出口12、浆态床气相出口14连接。

本实施例中，所述原料油输送管道31上依次设置有原料油升压泵33、换热器34和加热炉35，所述氢气输送管道32连接于原料油升压泵33与换热器34之间。

本实施例中，所述轻组分分离装置包括固定床反应器41、轻组分分离器42、轻组分分馏塔43、回炼油升压泵44和循环氢压缩机45，固定床反应器41的入口与所述上流式反应器1的反应气相出口12连接，轻组分分离器42的入口分别与固定床反应器41的出口、所述上流式反应器1的浆态床气相出口14连接，轻组分分离器42的氢气出口与循环氢压缩机45的入口连接，循环氢压缩机45的出口与所述氢气输送管道32的入口连接，轻组分分离器42的液相出口与轻组分分馏塔43的入口连接，轻组分分馏塔43的回炼油出口与回炼油升压泵44的入口连接，回炼油升压泵44的出口连接于上流式反应器1的反应气相出口12与固定床反应器41的入口之间。

本实施例中，所述重组分分离装置包括重组分分离器51和重组分分馏塔52，重组分分离器51的入口分别与所述上流式反应器1的反应液相出口15、反应固渣出口13连接，重组分分离器51的出口与重组分分馏塔52的入口连接，重组分分馏塔52的渣油出口与所述原料油输送管道31的入口连接，重组分分馏塔52的回炼油出口与所述回炼油升压泵44的入口连接。

本实施例中，所述浆态床反应区21的操作条件为：温度为160～470℃，压力为3.0～20.0MPa，氢油体积比为500～2000；所述沸腾床反应区22的操作条件为：温度为160～450℃，压力为3.0～20.0MPa，氢油体积比为100～1000。

实施例三

一种上流式反应器系统的催化加氢工艺，包括如下步骤：

（1）原料油通过原料油升压泵33升压后和氢气混合，混合后的物料经过换热器34换热和加热炉35加热后进入上流式反应器1；

（2）上流式反应器1的液相和固渣分别与重组分分离器51相连，重组分分离器51的液相进入重组分分馏塔52进行进一步分离；重组分通过重组分分馏塔52分馏得到回炼油a和循环渣油，循环渣油为含有催化剂的循环油，循环渣油输和原料油混合被重新回炼，可以间断将其中失活的催化剂分离后外甩；

（3）上流式反应器1的气相进入固定床反应器41进行下一步的精制，固定床反应器41出口和浆态床气相出口14分别与轻组分分离器42相连，轻组分分离器42将循环氢和轻组分油进行分离；循环氢通过循环氢压缩机45升压后和新氢混合，混合后的氢气一部分和原料油进行混合，一部分作为上流式反应器1和固定床反应器41的冷却介质使用；轻组分油进入轻组分分馏塔43进行进一步分离，轻组分油通过轻组分分馏塔43分离得到产品气、产品油和回连油b；

（4）回炼油a和回炼油b混合后通过回炼油升压泵44升压后送至固定床反应器41入口，进行循环回炼。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种浆态床和沸腾床耦合的上流式反应器，所述上流式反应器包括反应器壳体、设置于反应器壳体底部的反应物料入口以及设置于反应器壳体顶部的反应气相出口，其特征在于：所述反应器壳体内的下部为浆态床反应区，中部为沸腾床反应区，上部为反应油气分离区，浆态床反应区的底部设置有入口分配器，浆态床反应区的底部侧面设置有反应固渣出口，浆态床反应区的顶部设置有浆态床气相出口，沸腾床反应区的底部设置有沸腾床分配盘，反应油气分离区设置有集液箱，集液箱的顶部设置有格栅，反应器壳体对应集液箱的底部设置有反应液相出口；所述沸腾床分配盘带有气液分配管和冒罩结构；所述沸腾床反应区设置有在线添加和排出沸腾床催化剂的装置。

2.根据权利要求1所述的一种浆态床和沸腾床耦合的上流式反应器，其特征在于：所述浆态床反应区设置有回流装置，浆态床反应区采用油溶性液体催化剂。

3.根据权利要求1所述的一种浆态床和沸腾床耦合的上流式反应器，其特征在于：所述反应液相出口连接有液相循环泵，液相循环泵的出口与所述反应物料入口连接。

4.一种上流式反应器系统，其特征在于：所述反应器系统包括原料输送单元、产品分离单元以及权利要求1-3任一项所述的上流式反应器；

原料输送单元包括原料油输送管道和连接于原料油输送管道上的氢气输送管道，原料油输送管道的出口与上流式反应器的反应物料入口连接；

产品分离单元包括重组分分离装置和轻组分分离装置，重组分分离装置的入口分别与上流式反应器的反应液相出口、反应固渣出口连接，轻组分分离装置的入口分别与上流式反应器的反应气相出口、浆态床气相出口连接。

5.根据权利要求4所述的一种上流式反应器系统，其特征在于：所述原料油输送管道上依次设置有原料油升压泵、换热器和加热炉，所述氢气输送管道连接于原料油升压泵与换热器之间。

6.根据权利要求4所述的一种上流式反应器系统，其特征在于：所述轻组分分离装置包括固定床反应器、轻组分分离器、轻组分分馏塔、回炼油升压泵和循环氢压缩机，固定床反应器的入口与所述上流式反应器的反应气相出口连接，轻组分分离器的入口分别与固定床反应器的出口、所述上流式反应器的浆态床气相出口连接，轻组分分离器的氢气出口与循环氢压缩机的入口连接，循环氢压缩机的出口与所述氢气输送管道的入口连接，轻组分分离器的液相出口与轻组分分馏塔的入口连接，轻组分分馏塔的回炼油出口与回炼油升压泵的入口连接，回炼油升压泵的出口连接于上流式反应器的反应气相出口与固定床反应器的入口之间。

7.根据权利要求6所述的一种上流式反应器系统，其特征在于：所述重组分分离装置包括重组分分离器和重组分分馏塔，重组分分离器的入口分别与所述上流式反应器的反应液相出口、反应固渣出口连接，重组分分离器的出口与重组分分馏塔的入口连接，重组分分馏塔的渣油出口与所述原料油输送管道的入口连接，重组分分馏塔的回炼油出口与所述回炼油升压泵的入口连接。

8.根据权利要求4所述的一种上流式反应器系统，其特征在于：所述浆态床反应区的操作条件为：温度为160～470℃，压力为3.0～20.0MPa，氢油体积比为500～2000；所述沸腾床反应区的操作条件为：温度为160～450℃，压力为3.0～20.0MPa，氢油体积比为100～1000。

9.如权利要求4-8任一项所述的一种上流式反应器系统的催化加氢工艺，包括如下步骤：

（1）原料油通过原料升压泵升压后和氢气混合，混合后的物料经过换热器换热和加热炉加热后进入上流式反应器；

（2）上流式反应器的液相和固渣分别与重组分分离器相连，重组分分离器的液相进入重组分分馏塔进行进一步分离；重组分通过重组分分馏塔分馏得到回炼油a和循环渣油，循环渣油输和原料油混合；

（3）上流式反应器的气相进入固定床反应器进行下一步的精制，固定床反应器出口和浆态床气相出口分别与轻组分分离器相连，轻组分分离器将循环氢和轻组分油进行分离；循环氢通过循环氢压缩机升压后和新氢混合，混合后的氢气一部分和原料油进行混合，一部分作为上流式反应器和固定床反应器的冷却介质使用；轻组分油进入轻组分分馏塔进行进一步分离，轻组分油通过轻组分分馏塔分离得到产品气、产品油和回连油b；

（4）回炼油a和回炼油b混合后通过回炼油升压泵升压后送至固定床反应器入口，进行循环回炼。

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